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일반적 문제해결 전략에 대한 동영상 학습 상황에서 시각적 단서와 사전지식 수준이 인지부하에 미치는 영향

Title
일반적 문제해결 전략에 대한 동영상 학습 상황에서 시각적 단서와 사전지식 수준이 인지부하에 미치는 영향
Other Titles
Effects of visual cues and prior knowledge on cognitive load in general problem-solving video-based learning
Authors
이인혜
Issue Date
2021
Department/Major
대학원 교육공학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
조일현
Abstract
동영상 학습은 학교교육, 기업교육 등 다양한 환경에서 널리 활용되고 있으며, 최근에는 MOOC, TED 및 유튜브(YouTube) 등과 같은 오픈 컨텐츠의 등장과 스마트 기기의 확산으로 더욱 일반적인 형태로 확산되고 있다(Giannakos, 2013). 그러나 2020년 코로나(COVID-19)로 인하여 초, 중, 고등을 비롯하여 대학 교육까지 전면 온라인 학습 체제로 전환된 상황에서 드러났듯, 대부분의 동영상 학습은 학습자 특성을 반영하지 못하는 보편적인 교수설계에 머물러있다. 수강생의 특성을 고려한 학습 동영상은 시대적 흐름에 따라 증대되는 수요와 그 중요성에 비해 미비한 수준이며, 이는 코로나 사태 이후에도 그 요구가 더욱 증대될 것이라 예상된다. 한편 새로운 지식이나 기술이 점점 더 빠른 주기로 교체되고 있는 오늘날, 많은 이들이 대면하는 문제를 해결하기 위한 지식 또한 이러한 변화에 발맞추어 점차 짧아지고 있다. 이에 인재 선발장면에서는 특정 분야에서 요구되는 이미 습득된 영역 특수적 지식(domain-specific knowledge)이나 기술 보다는 새로운 지식이나 기술을 빨리 습득할 수 있는 일반적 문제해결 역량(general problem-solving)이 중요한 기준으로 꼽히고 있다(Samuel Greiff et al, 2014). 이에 따라 일반적 문제 해결역량(general problem-solving)을 다루는 동영상 학습 또한 이러닝(e-learning), 모바일 러닝(mobile-learning)등 다양한 플랫폼을 통하여 확산되고 있는 추세이다. 이러한 상황에서 인지부하는 인지주의적 관점에서 동영상 학습 중 인간의 학습 과정을 반영하는 요인으로 주목받고 있다. 인지부하는 학습자가 정보를 습득하거나 특정 과제를 수행할 때 학습자의 단기기억에 부과되는 부하량을 의미한다(Sweller, 1988). 학습 과정을 이해하는 데 있어 인지부하가 중요한 이유는 학습 중 개별 학습자에게 부과되는 인지부하가 단기기억의 용량을 벗어나는 경우 효과적인 학습이 일어나기 어렵기 때문이다. 이에 동영상 학습에서 인지부하는 효과적인 학습 설계를 위한 신뢰할수 있는 기준으로서 활용되어 왔다(김준, 송기상, 2009). 멀티미디어 교수설계(Mayer & Moreno, 2003) 이론은 이러한 인지부하이론을 근거로 하여 제한된 단기기억 용량 내에서 멀티미디어를 통한 학습 과정을 최적화하기 위한 설계원리를 제시하고 있다. 동영상 학습에서 제시되는 시각적 단서는 멀티미디어 설계원리에서 제시하는 신호 원리(Signaling Principle)를 근거로 하며, 새로운 정보에 대한 안내 역할을 한다(Mayer & Moreno, 2003). 시각적 단서를 통해 학습자는 청각 정보에 상응하는 시각 정보를 신속하게 식별하고 불필요한 주의 분산을 줄여 더욱 효과적으로 이중 채널을 통해 처리할 수 있다. 핵심 내용을 부각시키기 위한 적절한 시각적 단서가 학습자에게 유의미한 학습을 유도한다는 실증적 근거가 존재한다(Jamet, 2014; Richter, Scheiter & Eitel, 2016). 시각적 단서와 같은 신호 원리는 학습자의 사전지식에 따라 상이한 효과를 나타낸다(Richter, Scheiter & Eitel, 2016). 이는 멀티미디어 설계 이론에서 사전지식 원리(Prior Knowledge Principle)로 따로 다루고 있을 만큼, 설계에 있어 주요한 변인으로 간주된다(Kalyuga, 2005). 사전지식 원리 중 전문가 역효과(expertise reversal effect)는 사전지식이 낮은 학습자에게 효과적인 교수설계가 사전지식이 높은 학습자에게는 오히려 방해가 될 수 있다는 것이다(Kalyuga, 2009). 그러나 이를 뒷받침하는 대다수 실증 연구들은 영역 특수적 지식에 국한되어 검증되었다는 한계가 있다(e.g. Spanjers et al, 2011; Johnson, Azogult & Reisslein, 2014; Chen, Kalyuga & Sweller, 2017; Armougum et al, 2020). 특히 새로운 기술과 지식의 출현 주기가 점점 짧아짐에 따라 지식 기반 패러다임이 빠르게 교체되는 요즘, 일반적 문제해결 역량(general problem-solving)은 인재를 선발하는 중요한 기준으로 떠올랐다(김기원, 2008). 따라서 영역 일반적인 문제해결 전략을 다루는 동영상 학습 또한 멀티미디어 교수설계 이론에서 제시하는 원리들이 동일하게 작용하는지에 대한 검증이 이루어져야 할 필요가 있다. 특히 인지부하이론에 따르면 일반적 문제해결 전략을 활용할 때 나타나는 인지과정인 수단-목적 분석(means-ends analysis)은 영역 특수적 지식보다 더 복잡한 요소 상호작용성을 가지므로, 더 많은 내재적 인지부하를 유발한다(Sweller, Ayres & Kalyuga, 2011). 따라서 문제 해결 능력에 따른 초보자와 전문가 사이에 관계를 영역 특수적 지식과는 별개로 다루어져야 할 필요가 있다. 한편 본 연구에서 인지부하는 생리심리 반응인 동공확장 평균과 평균 시선도약횟수를 활용하여 측정하였다. 두 가지 측정값을 함께 종속변수로 설정한 이유는 불수의근(involuntary muscle)인 동공확장 평균은 학습자의 주관에 의한 왜곡을 최소화하면서 인지과정을 비간섭적으로 측정할 수 있다는 장점이 있으나, 반대로 의도적인 정보탐색 과정을 반영하지 못하기 때문이다. 시선 도약과 같은 시각 행동 변수들은 이러한 목적 지향적인(goal-directed) 인지적 과정을 반영한다고 알려져 있으므로(Walcher, Korner & Benedek, 2017), 이러한 한계를 보완할 수 있다. 또한 더 나아가 인지부하의 세부 종류를 확인하기 위한 방법으로 회상된 인지부하를 활용하여 생리심리 반응(평균 시선도약 횟수, 동공 확장 평균)을 통해 얻어진 총 인지부하의 차이가 어떠한 종류의 인지부하의 차이에서 기인하는 것인지 확인하고자 했다. 회상된 인지부하는 학습자 기억의 손실을 최소화하여 보다 정확한 결과를 얻기 위하여 회상자극 기법을 활용하였다. 이에 본 연구는 공직적격검사(PSAT)의 영역 일반적 전략을 다루는 동영상 학습을 자극물로 제시하여 신호 원리(Signalling effect)로 알려진 시각적 단서에 따른 인지부하의 차이를 규명하고자 한다. 이를 위하여 평균 시선 도약 횟수와 동공 확장 평균으로 표상되는 인지부하가 멀티미디어 설계 원리에서 제시하는 시각적 단서 제시 유무에 따라 차이를 보이는지 확인하였다. 더 나아가 이러한 차이 분석을 바탕으로 궁극적으로 인지부하 수준에 대한 학습자 사전지식과 시각적 단서의 상호작용 효과를 살펴보고자 했다. 이에 따른 본 연구의 연구문제는 다음과 같다. 연구 문제1. 일반적 문제해결 전략에 대한 동영상 학습 상황에서 시각적 단서 제시여부에 따른 인지부하에 차이가 있는가? 연구 문제2. 일반적 문제해결 전략에 대한 동영상 학습 상황에서 시각적 단서 제시여부와 인지부하의 관계가 사전지식 수준에 의해 조절되는가? 연구문제 2-1. 평균 시선 도약 횟수로 표상되는 인지부하에 대하여 시각적 단서 제시여부와 사전지식 수준에 따른 상호작용 효과가 존재하는가? 연구문제 2-2. 동공 확장 평균으로 표상되는 인지부하에 대하여 시각적 단서 제시 여부와 사전지식 수준에 따른 상호작용 효과가 존재하는가? 일반적 문제해결을 전략에 대한 동영상 학습상황에서 시각적 단서 제시 유무에 따른 인지부하의 관계와 이에 대한 사전지식 수준의 조절효과를 확인하기 위하여, 본 연구는 실험을 진행하였다. 동영상 학습 중 발생할 수 있는 다양한 외재변수의 개입을 차단하기 위하여 통제된 실험 환경에서 진행하였으며, 수도권 소재 대학교 학부생 100명을 대상으로 진행되었다. 실험 절차는 사전 시험, 동영상 학습, 회상자극 인터뷰 순으로 진행되었다. 실험 후 데이터 전처리과정에서 분석에 활용할 수 없다고 판단된 피험자는 총 25명으로, 75명을 대상으로 최종 분석을 진행하였다. 시각적 단서에 따른 차이 분석은 윌콕슨 부호-순위 검정을 시행하였으며, 시각적 단서와 사전지식 수준의 상호작용 효과를 살펴보기 위하여 일반화 선형 회귀모형(General Linear Regression)을 시행하였다. 마지막으로 회상자극 인터뷰에서 학습자들의 회상된 인지부하 구분자의 개수를 조사하고 구체적인 코멘트를 확인하였다. 본 연구의 결과와 그에 따른 논의는 다음과 같다. 첫 번째 연구문제에 대한 결과로서 일반적 문제해결 전략에 대한 동영상 학습 상황에서 시각적 단서가 인지부하에 미치는 영향을 확인하기 위하여 윌콕슨 검정(Wilcoxon test)을 실시한 결과, 평균 시선도약 횟수는 유의한 차이가 있었으나 동공확장 평균은 차이가 유의하지 않았다. 평균 시선도약 횟수의 경우, 높은 평균 시선도약 횟수가 높은 시각적 복잡성(Visual Complexity) 뿐 아니라 높은 인지부하와 관련이 있다는 선행 연구를 고려하였을 때(Davis et al, 2018), 이는 시각적 단서를 제공받은 학습자들은 불필요한 시선 이동과 그에 따르는 외재적 인지부하를 줄일 수 있었다는 것을 시사한다. 반면 동공확장 평균의 경우, 학습자의 의도적인 정보탐색 활동을 반영하는 평균 시선도약 횟수와는 달리 불수의근(involuntary muscle)으로 학습자의 주관성을 최소화하고 과제수행을 위한 집중과 노력의 정도를 반영한다(Krejtz et al., 2018; Duchowski et al., 2019). 따라서 사전지식 수준에 따라 상이한 집중과 노력에 따른 인지부하의 차이가 희석되어, 동공확장 평균 지표에서는 시각적 단서에 의한 외재적 부하의 차이가 뚜렷하게 구분되지 않았다. 일반화 선형 모형을 통해 시각적 단서와 사전지식 수준이 인지부하에 미치는 영향을 확인한 결과, 시각적 단서와 사전지식 각각에 대한 주 효과 뿐 아니라 상호작용 효과가 인지부하에 유의하게 영향을 미쳤다. 그러나 영역 일반적 전략에 대한 동영상 학습 상황에서는 시각적 단서라는 처치에 대하여 전문가 역효과가 나타나지 않았다. 구체적으로, 사전지식 상 집단은 평균 시선도약 횟수와 동공확장 평균 지표 모두 시각적 단서가 주어짐에 따라 인지부하가 낮아졌음이 확인되었다. 일반적 문제해결 전략을 활용한 동영상 학습 상황에서는 시각적 단서가 동영상 학습 상황에서 외재적 부하를 줄이는데 효과적인 교수설계적 처방으로 작용한 것이다. 특히 사전지식이 높은 학습자가 이러한 양상이 사전지식이 낮은 학습자보다 훨씬 크게 나타났음을 확인할 수 있었다. 영역 일반적 문제해결 전략에 대한 동영상 학습 상황에서 시각적 단서가 사전지식 상 수준의 학습자에게서 학습 중 인지부하에 대하여 전문가 역효과를 보이지 않은 이유는, 영역 특수적 지식보다 더 복잡한 요소 상호작용성을 가지므로(Sweller, Ayres & Kalyuga, 2011) 사전지식이 높은 집단에게도 일정 수준의 내재적 부하가 부과되는 것이다. 그렇기에 영역 특수적 지식을 활용한 기존의 선행연구와는 달리, 사전지식이 높은 학습자에게 시각적 단서는 외재적 부하를 효과적으로 줄여주는 교수설계적 처방으로서 작용하였다고 이해할 수 있다. 한편, 사전지식 하 집단은 평균 시선도약 횟수와 동공확장 평균 지표가 서로 상이한 양상을 보였다. 평균 시선도약 횟수는 사전지식 상 집단과 동일하게 시각적 단서가 주어짐에 따라 인지부하가 낮아지는 양상을 보였으나, 동공확장 평균 지표는 그와는 반대로 시각적 단서가 주어짐에 따라 오히려 인지부하가 높아지는 양상을 보였다. 이는 회상된 인지부하 연구결과로 미루어 볼 때, 사전지식 수준이 낮은 학습자에게 시각적 단서가 주어지지 않았을 때 인지 작업 용량을 초과하여 학습을 포기한 것에 기인한 결과로 판단된다. 시선도약 횟수의 경우 시각적 단서에 따른 시선의 이동이 감소함으로 근소하게나마 시각적 단서가 주어졌을 때 더 낮은 인지부하를 보였으나, 동공확장 평균 지표의 경우에는 집중과 정신적 노력의 정도를 반영하기 때문에 사전지식이 낮은 학습자가 시각적 단서가 주어지지 않음으로서 나타나는 외재적 부하로 인해 집중이 저하되는 현상이 반영된 것으로 보인다. 이러한 분석 결과에 대하여 본 연구의 의의는 다음과 같다. 첫째로, 본 연구는 4차 산업혁명 시대를 맞이하여 더욱 주요한 역량으로 떠오르고 있는(Samuel Greiff et al, 2014) 일반적 문제해결 전략을 활용한 동영상 학습에 대한 실증적 연구라는 점에서 의의가 있다. 본 연구의 결과는 기존 영역 특수적 지식에 대하여 신호 원리에 입각한 시각적 단서의 제시가 전문가 역효과를 나타낼 수 있다는 기존의 연구와는 달리, 영역 일반적 문제해결 전략을 활용한 동영상 학습 상황에서는 사전지식이 높은 학습자에게도 시각적 단서가 효과적일 수 있음을 나타내었다. 둘째로, 짧은 형태의 동영상 학습에 대하여 학습자의 특성과 처치에 대한 상호작용과정을 밝힌 실증적 연구라는 점에서 의의가 있다. 본 연구는 동영상 학습에 대하여 학습자에게 영향을 미치는 요소가 시각적 단서와 학습자 특성이 있으며 이들은 서로 상호작용한다는 것을 발견하였다. 셋째로, 본 연구는 멀티미디어 설계 원리 중 신호 원리에 입각한 시각적 단서가 일반적 문제해결 전략에 대한 동영상 학습 상황이라는 특수한 조건에서 학습자에게 미치는 영향을 실증적으로 확인한 연구로서 교육공학적 시사점을 준다. 일반적 문제해결 전략을 활용한 동영상 학습이라는 특수한 상황을 가정하여 멀티미디어 설계 원리를 규명하는 실증 연구의 범주를 넓혔다는 점에서 의의가 있다. 마지막으로, 본 연구는 학습자의 생리심리적 반응을 활용하여 인지부하를 확인한 실증적 연구로서 의의가 있다. 특히 학습분석학 연구로서 동영상 학습 환경에서 학습자의 생리심리적 데이터와 회상된 인지부하를 함께 활용함으로서 교육공학의 연구 영역을 넓히고자 했다. 한편, 본 연구의 한계와 후속연구를 위한 제언은 다음과 같다. 첫째로, 기존의 많은 선행연구에서 전제하였던 영역 특수적 지식이 아니라 문제 해결(problem solving)을 위한 학습을 전제하였기 때문에 본 연구의 결과를 일반화하기에 무리가 있다는 점이다. 특히 이와 관련한 선행연구가 미비한 실정이기 때문에, 실험 결과를 선행 연구에 근거해 미리 예측하지 않은 상태에서 연구 결과를 해석하고자 했다는 점에서 일반화에 무리가 있다. 이에 영역 일반적 문제해결 상황에서의 더욱 풍부한 맥락의 후속연구가 이루어져야 할 것이다. 둘째, 본 연구에서 제시한 일반적 문제해결 전략을 학습하는 동영상에 대한 난이도는 나뉘지 않았다. 그렇기에 사전지식이 높은 집단에게도 상당한 내재적 인지부하를 유발했던 복잡한 요소 상호작용성이 난이도에 기인한 것인지 또는 일반적 문제해결 전략을 활용했다는 점에서 기인한 것인지 일반화할 수 없다. 이는 일반적 문제 해결 학습 상황 중에서도 난이도를 세분화한 후속 연구를 통해 더욱 구체적인 실증적 근거를 마련할 필요가 있다. 셋째, 본 연구는 회상자극 인터뷰에서 제시된 구분자의 개수와 코멘트 유형의 개수만을 파악하여 회상된 인지부하를 확인하였다. 그러나 텍스트 마이닝을 통한 구체적인 정보를 추출한 뒤, 키워드 네트워크를 구축하면 보다 풍부한 해석을 도출할 수 있을 것이다. 이에 회상자극 인터뷰에서 수집한 회상된 인지부하 코멘트를 바탕으로 구체적인 텍스트분석을 후속 연구로서 제언하고자 한다. 넷째로, 본 연구는 동영상 학습의 자극물이 시각적 단서에서 기인하는 외재적 인지부하 이외에 다른 외재적 부하를 발생시켰다는 점에서 한계가 있다. 이에 후속 연구는 시각적 단서 이외의 다른 외재적 부하를 일으킬 수 있는 외재변수를 최대한 통제할 수 있도록 고려한 자극물을 개발할 필요가 있다. 다섯째로, 연구 참여자의 동기가 높지 않았다는 점 또한 본 연구의 한계이다. . 따라서 인지부하를 측정하고자 하는 후속 연구는 연구 참여자에게 인센티브 등을 지급하거나 지속적인 동기를 보일 수 있는 주제를 등 일정한 동기 수준을 유지할 필요가 있다. 마지막으로 본 연구는 실제 동영상 학습 환경에 해당 실험 결과를 일반화하기에 어려움이 있을 수 있다. 학습 중 개입될 수 있는 여러 외재 변수를 차단하기 위하여 실험을 통해 진행되었기 때문이다. 이에 후속 연구를 위한 제언으로서 태블릿 펜 등을 통하여 학습자의 외재적 부하를 감소시키고 보다 실제적인 학습 환경을 구성하는 것을 제안하고자 한다.;Video learning is widely used in various environments such as school and corporate education, and recently, it is spreading in a more general form with the advent of open content platforms such as MOOCs , TED, and YouTube and the spread of smart devices (Giannakos, 2013). However, considering the COVID-19 pandemic and the situation in which elementary, middle, high school, and university education institutions converted to online learning systems, video learning has become an even more prevalent and universal form of instruction. Despite this, video learning methodology designs do not reflect learners' characteristics. Video learning methods that account for the characteristics of students are inadequate com pared to the increasing demand and importance of video learning according to the trends of the times, and this demand is expected to increase even after the pandemic is over. Nowadays, when new knowledge or technology is being replaced at an increasingly rapid rate, the knowledge that is necessary to overcome these problems is also continually being overturned . Therefore, in the field of talent selection, the general problem-solving ability that allows students to quickly acquire new knowledge or skills is a more important criterion than domain-specific knowledge or skills required in a specific field (Greiff et al., 2014). Accordingly, video learning methods that deal with general problem-solving is also spreading through various platforms such as e-learning and mobile-learning. In this situation, from a cognitivist perspective, cognitive load is attracting attention as a factor that reflects human learning processes during video learning. Cognitive load refers to the load imposed on a learner's short-term memory when a learner acquires information or performs a specific task (Sweller, 1988). The reason that cognitive load is important in understanding the learning process is that effective learning is difficult when the cognitive load imposed on individual learners during learning exceeds their short-term memory capacity. Therefore, cognitive load in video learning has been used as a reliable criterion to ensure effective learning design (Kim & Song, 2009). The theory of multimedia instructional design (Mayer & Moreno, 2003) proposes a design principle for optimizing the learning process through multimedia that accounts for the limited short-term memory capacity based on cognitive load theory. The visual cues presented in video learning are based on the Signaling Principle suggested in the multimedia design principle and serve as a guide for new information (Mayer & Moreno, 2003). Through visual cues, learners can quickly identify visual information corresponding to auditory information, reduce unnecessary distractions, and process more effectively through dual channels. There is empirical evidence that appropriate visual cues that highlight the core content induces meaningful learning for learners (Jamet, 2014; Richter, Scheiter & Eitel, 2016). Signaling principles, such as visual cues, have different effects depending on the learner's prior knowledge (Richter, Scheiter & Eitel, 2016). This is considered a major variable in design as it is separately treated as the Prior Knowledge Principle in multimedia design theory (Kalyuga, 2005). Among the principles of prior knowledge, the expert reversal effect explains that instructional design that is effective for learners with low prior knowledge can interfere with learners with high prior knowledge (Kalyuga, 2009). However, most of the empirical studies supporting this idea are limited to domain-specific knowledge and have been verified (e.g., Spanjers et al., 2011; Johnson, Azogult & Reisslein, 2014; Chen, Kalyuga & Sweller, 2017; Armougum et al., 2020). In particular, as the cycle for the emergence and obsolescence of new technologies and knowledge is getting shorter, the knowledge-based paradigm is rapidly changing, and general problem-solving has emerged as an important criterion for selecting talent (Kiwon Kim, 2008). Therefore, it is necessary to verify whether the principles suggested in the multimedia instructional design theory work in the same way for video learning, which deals with general problem-solving strategies. In particular, according to the cognitive load theory, means-ends analysis, which is a cognitive process that appears when using general problem-solving strategies, features more complex element interactivity than domain-specific knowledge, thus causing a more intrinsic cognitive load (Sweller, Ayres & Kalyuga, 2011). Therefore, the relationship between beginners and experts according to problem-solving ability needs to be treated separately from domain-specific knowledge. In this study, cognitive load was measured using average pupil dilation and the average number of eye jumps, which are physiological and psychological responses. The reason for setting the two measures as dependent variables is that the pupil dilatation average, which involves an involuntary muscle, has the advantage of being able to measure the cognitive processes in an indirect way while minimizing the distortion caused by a learner's subjectivity. This is because it does not reflect the information search process. Visual behavioral variables such as gaze leaps are known to reflect this goal-directed cognitive process (Walcher, Korner & Benedek, 2017), so these limitations can be compensated. In addition, the difference in the total cognitive load obtained through the physiological and psychological reactions (average number of gaze jumps and average pupil dilation, respectively) using the recalled cognitive load as a method to identify the detailed types of cognitive loads is the difference between the types of cognitive loads . The recalled cognitive load used a retrospective-drama technique to obtain more accurate results by minimizing the loss of the learner's memory. Therefore, this study investigated the difference in cognitive loads according to visual cues known as the signaling effect by presenting a video learning method that deals with general strategies using the Public Office Qualification Test (PSAT) as a stimulus. For this purpose, the average number of gaze leaps and the cognitive load represented by the average pupil dilation was confirmed to show a difference according to the presence or absence of visual cues suggested by the multimedia design principle. Furthermore, based on this difference analysis, we ultimately tried to examine the interaction effects between learners' prior knowledge and visual cues on the level of cognitive load. Accordingly, the research problems of this study are as follows: Research Problem 1. Is there a difference in cognitive load depending on whether visual cues are presented in a video learning situation for general problem-solving strategies? Research Problem 2. Is the relationship between the presentation of visual cues and cognitive load controlled by the level of prior knowledge in a video learning situation for general problem-solving strategies? Research Problem 2-1. For the cognitive load represented by the average number of gaze leaps, is there an interaction effect according to the level of prior knowledge and whether visual cues are presented? Research Problem 2-2. For the cognitive load represented by the pupil dilation average, is there an interaction effect according to the level of prior knowledge and whether visual cues are presented? To confirm the effects of the presentation of visual cues on cognitive load in video learning situations for general problem-solving strategies and the moderating effect of prior knowledge levels, this study conducted an experiment. To block the intervention of various external variables that may occur during video learning, the experiment was conducted in a controlled experimental environment on 100 undergraduate students at universities in a metropolitan area. The experimental procedure was conducted in the order of pre-test, video study, and replay interview. After the experiment, a total of 25 subjects were judged as not being appropriate for analysis in the data preprocessing process, and the final analysis was performed on 75 subjects. For the analysis of differences according to visual cues, Wilcoxon sign-rank tests were performed, and general linear regression was performed to examine the interaction effects of visual cues and prior knowledge levels. Finally, the number of cognitive load classifiers recalled by learners in the reminiscence play interview was investigated, and specific comments were confirmed. The results of this study and discussions with participants are as follows. Regarding the first research problem, the Wilcoxon test was conducted to confirm the effects of visual cues on cognitive load in video learning situations for general problem-solving strategies. However, there was no significant difference in the mean of pupil dilation. In the case of the average number of gaze jumps, considering previous studies that showed that a high average number of gaze jumps is related to high cognitive load and high visual complexity (Davis et al., 2018), this information pertains to a learner who received visual cues. Davis et al . suggest that unnecessary gaze movements and the resulting external cognitive load could be reduced. However, in the case of the pupil dilation average, unlike the average number of gaze leaps, which reflects the learner's intentional information search activity, the learner's subjectivity is minimized with an involuntary muscle, and the degree of concentration and effort on a task is reflected (Krejtz et al., 2018; Duchowski et al., 2019). Therefore, the difference in cognitive load due to different levels of concentration and effort was diluted according to the level of prior knowledge, and the difference in external load due to visual cues was not clearly distinguished in the pupil dilation average index. By confirming the effects of visual cues and prior knowledge levels on cognitive load through the generalized linear model, the interaction and main effects for each of the visual cues and prior knowledge were found to significantly affect the cognitive load. However, in the video learning situation for the general strategy of the domain, there were no adverse effects from experts regarding the treatment of visual cues. Specifically, in assessments of the effects of prior knowledge, it was confirmed that the cognitive load of the group decreased as visual cues were given for both the average number of eye jumps and the average pupil dilation index. In video learning situations using general problem-solving strategies, visual cues acted as effective instructional design prescriptions to reduce the external load . In particular, it was confirmed that learners with high prior knowledge showed this pattern much more prevalently than those with low prior knowledge. The reason that visual cues did not show an adverse effect on the cognitive load during the video learning situation for domain-specific problem-solving strategies is because it has more complex element interactivity than domain-specific knowledge (Sweller, Ayres & Kalyuga, 2011). A certain level of intrinsic load is imposed even on groups with high prior knowledge. Therefore, unlike previous studies that involved domain-specific knowledge, we argue that for learners with high prior knowledge, visual cues act as instructional design prescriptions that effectively reduce the external load. The group with prior knowledge showed different patterns in the average number of eye jumps and the average index for pupil dilation. The average number of gaze leaps showed a pattern that demonstrated that the cognitive load decreased as visual cues were given, but the average pupil dilation index for the group without prior knowledge , on the contrary, showed a pattern that demonstrated that the cognitive load increased as visual cues were given. Given the recalled cognitive load research results, we judged that this is due to the result of giving up learning as a result of exceeding the cognitive task capacity when no visual cues were given to learners with a low prior knowledge level. In the case of the number of gaze leaps, gaze movements according to visual cues decreased, so when a visual cue was given, the cognitive load was lower, but the average pupil dilation indicator showed that the degree of concentration and mental effort increased. This phenomenon seems to show that concentration is lowered when an external load appears after no visual cues had been given. The significance of this study is as follows. First, this study is an empirical study on video learning using general problem-solving strategies, which is emerging as a more important competency in the era of the fourth industrial revolution (Greiff et al., 2014). The results of this study show that the presentation of visual cues based on the signaling principle for existing domain-specific knowledge can have an adverse effect on a learner . It has been shown that visual cues can be effective even for high-achieving learners . Second, furthermore, this study reveals the interaction process between learners' characteristics and their treatment during short-form video learning. This study found that the factors that influence learners when engaging in video learning are visual cues and learner characteristics, and they interact with each other. Third, this study empirically confirmed the effects of visual cues based on the signal principle among multimedia design principles under the special condition of video learning situations for general problem-solving strategies. As such, this work has several educational engineering implications. Furthermore, this work broadened the scope of empirical research and clarified the principles of multimedia design by assuming a special situation of video learning using general problem-solving strategies. Finally, this study confirmed video learning's effects on cognitive load by analyzing learners' physiological and psychological responses. In particular, this study expands the educational engineering research area by using learners' physiological and psychological data and recalled cognitive load in a video learning environment. The limitations of this study and suggestions for subsequent research are as follows. First, it is difficult to generalize the results of this study because it presupposes learning for problem solving, not domain-specific knowledge, as has been premised in many previous studies. In particular, since there are insufficient previous studies in this regard, it is unreasonable to generalize the study results because they tried to interpret the study results without predicting them in advance based on previous studies. Accordingly, follow-up studies in a richer context should be co nducted. Second, the difficulty level of the content taught through video learning was not divided. Therefore, whether the interactivity of the complex factors that caused considerable intrinsic cognitive load, even in the group with high prior knowledge, was due to difficulty or the use of general problem-solving strategies cannot be generalized . It is necessary to prepare more concrete empirical grounds through follow-up studies in which the difficulty levels are subdivided for different general problem-solving learning situations. Third, this study confirmed the recalled cognitive load by using only the number of classifiers and comment types presented in the retrospective interview. However, if concrete information is extracted through text mining and then a keyword network is established, richer interpretations can be derived. Accordingly, we would like to propose a detailed text analysis as a follow-up study based on the recalled cognitive load comments collected in the retrospective interview. Fourth, this study is limited in that the stimulus of video learning generated other external loads in addition to the external cognitive load resulting from visual cues. Therefore, it is necessary to develop a stimulus that allows maximum control of external variables that can cause external loads. Fifth, the fact that the motivation levels of the study participants were not high is also a limitation of this study. Therefore, it is necessary to maintain a certain level of motivation, such as through monetary incentives, to research participants or to involve topics that can manifest in continuous motivation during subsequent studies to measure cognitive load more appropriately. Finally, it may be difficult to generalize the experimental results to an actual video learning environment. This is because this study was conducted through experiments to block out various external variables that may be involved during learning. Therefore, as a suggestion for further research, we propose to reduce the external load of learners and construct a more practical learning environment through a tablet pen.
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